CN100336127C - 在有伺服写入功能的盘驱动器中定位读写头的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在有伺服写入功能的盘驱动器中定位读写头的方法和设备。一种盘驱动器包括具有前馈控制系统(7)以校正RRO分量的读写头定位系统。该前馈控制系统(220，230，240)具有一个测量单元和一个FF滤波器，该测量单元反馈从控制器的输入值获得的最后校正值，并测量在校正之后产生的RRO分量，所述FF滤波器计算校正值以校正所述RRO分量。

Description

在有伺服写入功能的盘驱动器中定位读写头的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及读写头定位系统，尤其涉及具有伺服写入功能的盘驱动器的读写头定位系统。
背景技术
一般，以硬盘驱动器为代表的盘驱动器中包含有读写头定位系统。读写头定位系统根据记录在盘上的伺服数据将读写头定位于盘介质(以后简称为盘)上的目标位置。
作为在盘上记录伺服数据的伺服写入方法，存在一种用集成在盘驱动器中的机构执行的自伺服写入方法(self-servo writing method)(例如见日本专利申请公开No.8-212733)。
在所述自伺服写入方法中，使用写入到盘上的伺服数据定位读写头，从而向盘中写入下一个伺服数据。所述伺服数据包含与盘的旋转同步的位置误差分量，或者说可重复的径向跳动(repeatable run-out)(以后称为RRO)。如果RRO增加，则旧伺服数据在盘的径向上的畸变将影响随后的伺服数据
上述现有技术中的自伺服写入方法具有通过校正函数抑制RRO增加的技术，该校正函数通过前馈(FF)输入校正值(下面可以称为FF校正)。
该校正函数应用线性滤波器(FF滤波器)操作，该操作对应于读写头定位系统的灵敏度函数的反函数。反馈控制系统的灵敏度函数为传递函数1/(1+G)，其中G表示反馈控制系统的开环传递函数。
在该校正函数中，由FF滤波器操作计算出来的校正值被加到读写头定位系统的控制器(随动控制元件)的输入值上。该校正值的计算是基于被包括在读写头的(相对于目标位置的)位置误差(在校正之前被感测)中的RRO进行的。
但是，在上述校正函数中，在输入校正值后导致的RRO不能被校正。因此难以校正要以高精度记录的伺服数据的畸变。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效地抑制RRO的增加、高效率地校正伺服数据的畸变的读写头定位系统。
该读写头定位系统包括：用于将读写头定位到旋转的盘介质上的目标位置的定位单元；感测读写头相对于目标位置的位置误差的单元；控制器，它基于所述位置误差输出所述定位单元的控制操作的量；以及校正单元，它基于所述控制器的输入值，计算与所述盘介质的旋转同步的位置误差分量，并计算一个用于从所述位置误差中消除该位置误差分量的校正值，并将该校正值加到所述输入值上，其中，所述控制器执行随动控制，以在反馈控制下消除所述位置误差，所述校正单元配置一个将所述校正值输入到所述控制器的前馈控制系统。
本发明还提供了一种盘驱动器，包括用于对旋转的盘介质读写数据的读写头，该盘驱动器的特征在于包括：向所述读写头提供要记录到所述盘介质上的伺服数据的单元；用于将所述读写头定位到盘介质上的目标位置的定位单元；感测所述读写头相对于所述目标位置的位置误差的单元；控制器，用于在向所述盘介质写入伺服数据时根据所述位置误差输出对所述定位单元的控制值，以对形成在所述盘介质上的每一个柱面定位所述读写头；以及校正单元，其根据对每一个柱面所包括的每一个伺服扇区积分的所述控制器的输入值计算一个与所述盘介质的旋转同步的位置误差分量，以获得一个校正值来从所述位置误差中消除所述位置误差分量，并将该校正值加到所述输入值上，其中，所述控制器执行随动控制，以在反馈控制下消除所述位置误差，所述校正单元配置一个将所述校正值输入到所述控制器的前馈控制系统。
附图说明
附图构成说明书的一部分，用于说明本发明的实施例，并与上面的概括说明和下面的详细说明一道，用于说明本发明的原理。图中：
图1是本发明的实施例的盘驱动器的主要部分的框图；
图2是图解本发明的实施例的盘驱动器的读写头定位系统的主要部分的框图；
图3的曲线图用于图示本发明的实施例的盘驱动器的读写头定位系统中的畸变量；
图4到图7是本发明实施例的盘驱动器的读写头定位系统的控制器的输入值的变化的曲线图；
图8的流程图图示了根据本发明的实施例的自伺服写入操作的过程。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
图1是具有自伺服写入功能的盘驱动器的主要部分的框图；图2是图解被包括在所述盘驱动器中的读写头定位系统的框图。
(盘驱动器的结构)
根据本发明实施例的盘驱动器包括用作数据记录介质的盘1、安装在致动器3上的读写头2以及具有自伺服写入功能的伺服系统，如图1所示。
盘1连接到主轴马达(SPM)并高速旋转。盘1具有围绕盘1的旋转轴同心形成的多个数据道(柱面)100。每一个数据道100被分为多个伺服扇区130。每一个伺服扇区130包括一个引导伺服区110及其随后的数据记录区120。在伺服区110上，通过后面将要描述的伺服写入操作，伺服数据项目(位置信息)在圆周方向上按照规则的间隔被记录。
读写头2包括写头20和读头21。写头20执行写操作，以将伺服数据或者用户数据写到盘1上。读头21执行读操作，以从盘1读出伺服数据或者用户数据。通过音圈马达(VCM)4的驱动力，致动器3在盘1上径向移动读写头2。
伺服系统包括信号处理单元5、位置感测单元6、控制器7、VCM驱动器8以及伺服写入单元9。
所述信号处理单元5是一个读写通道，对读头21输出的读信号进行解码操作和纠错操作。所述位置感测单元6从所述信号处理单元5处理的读出数据中分离出伺服数据，以产生读写头2的位置信息(概括地分为柱面地址和伺服脉冲信号(servo burst signal))。
所述控制器7包括微处理器(CPU)70，后者用作执行存储在ROM 71中的程序的主要部件，并配置读写头定位系统，这将在后面说明。CPU 70根据位置感测单元6每隔固定的时间段感测到的读写头位置、存储在ROM 71中的控制参数、定时器测得的程序处理时间等计算控制操作量(控制输入值)来驱动VCM 9。
对应于CPU 70输出的控制操作量，VCM驱动器8产生一个驱动电流，并提供给VCM 9。所述伺服写入单元9响应于来自CPU 70的指令产生要记录在伺服区110中的伺服数据，并提供给写头20。所述伺服写入单元9与CPU 70一起实现自伺服写入功能。
(读写头定位控制系统)
见图2，所述读写头定位系统包括一个反馈控制系统和一个前馈控制系统。该反馈控制系统具有一个控制器(传递函数C)200作为主要部件，所述前馈控制系统用于产生一个校正值(FF)来消除RRO(与盘的旋转同步的位置误差分量)。
该系统由包括如图1所示存储在CPU 70和ROM 71中的程序和控制参数的软件配置。
控制器200接收设备(控制目标)210的位置误差(PES)和校正值(FF)相加的结果(作为输入端子的输入值250)，并执行采样值控制，以确定控制操作量以按照规则的时间间隔控制所述设备210。
所述设备210在广义上讲是包括所述读写头2的致动器，狭义上讲是所述VCM 4。具体地，VCM驱动器8将控制器200输出的控制操作量转换为驱动电流，并将其提供给VCM 4。
所述前馈控制系统包括RRO测量单元220、FF滤波器230和FF输入产生单元240。
所述RRO测量单元220从控制器200的输入值250测量RRO残余分量。FF滤波器230是一个线性滤波器操作单元，与所述反馈控制系统的灵敏度函数的反函数相关，从所述RRO测量单元220的测量结果(各伺服扇区的积分值)计算校正值(FF)。所述FF输入产生单元240对每一个伺服扇区输出所述校正值(FF)。
(自伺服写入操作)
下面结合图3到图8以及图1到图2描述根据本实施例的自伺服写入操作。
首先，在盘驱动器中，SPM以恒定角速度旋转盘1。在该自伺服写入方法中，CPU 70指令读头21从盘1按照规则的时间间隔读出旧伺服数据，如图8所示(步骤S1)。指示读写头2的当前位置的位置信息与盘1的旋转角度同步，从每一个伺服扇区130的前导伺服区110获得。根据从伺服区110获得的位置信息，CPU 70将写头20定位到要写入下一个伺服数据的位置(步骤S2)。
这里参见图1，读写头2的写头20和读头21在盘1的径向上有偏移。具体地说，与读头21相比，写头20在半径方向的内侧。
从盘1的外侧半径开始，CPU 70向每一个柱面(数据道)的每一个伺服扇区的伺服区110写入伺服数据(步骤S3)。然后，读写头2向盘1的内侧半径对每一个柱面寻道(定位)。CPU 70重复所述伺服写入操作，以向盘1的整个表面写入伺服数据(步骤S4)。
当写头20比读头21位于盘1的半径更外侧时，它从盘的内侧半径开始写入伺服数据。下面结合图2描述在步骤S2中写头20的定位操作。
在自伺服写入操作中，CPU 70通过图2所示的读写头定位控制来定位所述写头20。控制器200计算控制操作量来消除读头21读出的旧伺服数据的位置和要写入下一个伺服数据的位置之间的位置误差(PES)，并将其提供给设备210。将所述位置误差(PES)加上来自FF输入产生单元240的校正值(FF)产生的结果被视为控制器200的输入值250。
所述旧伺服数据包括由于RRO产生的畸变SD1，而下一个伺服数据包括由于RRO导致的畸变SD2。所述前馈控制系统计算一个校正值(FF)，使得畸变SD1不影响下一个伺服数据的写入。换句话说，计算所述校正值(FF)，使得控制器200的输入值250不包括RRO分量。
下面描述所述前馈控制系统的操作。
RRO测量单元220具有数量等于伺服扇区数的存储器，从控制器200的输入值250测量RRO残余分量。具体地，该测量由下式(1)给出：
RRO(k)＝RRO(k)+G×(PES(t)+FF(k))       ...(1)
其中，k是伺服扇区的编号，RRO(k)是对应于伺服扇区k的RRO的测量结果，它被存储在RRO测量单元220的存储器中，PES(t)是包括伺服数据的畸变的位置误差(PES)，FF(k)是从FF输入产生单元240输出的、对应于伺服扇区k的校正值，G是从0到1的增益常数，它被选择为使得校正值(FF)的生成迅速而稳定地收敛。
在上式(1)中，右边的RRO(k)表示在写入旧伺服数据时测得的值。
FF滤波器230从存储在RRO测量单元220的存储器中的测量结果(每一个伺服扇区的积分值)计算一个校正值(FF)。所述FF输入产生单元240对每一个伺服扇区输出所述校正值(FF)。
如上所述，被包括在所述前馈控制系统中的FF滤波器230计算一个校正值(FF)来校正由于写入旧伺服数据时导致的RRO产生的畸变。换句话说，RRO测量单元220估计对应于RRO造成的畸变量的残余RRO分量。所述FF滤波器230将估计的畸变量加到所述校正值(FF)上，以消除在写入旧伺服数据之前导致的RRO所导致的畸变。这样，在写入旧伺服数据时导致的畸变SD1能够抑制会影响在写入下一个伺服数据时导致的畸变SD2的RRO的增加。因此，在自伺服写入操作中，能够高精度地校正由于记录在盘1上的伺服数据中的RRO导致的畸变。
图3图示了根据本实施例，在使用读写头定位系统的自伺服写入操作中，对每一个伺服扇区测量的伺服数据的畸变量(伺服畸变量)的模拟结果(增益常数为0.3)。
在图3中，附图标记300表示在写入前面的(旧的)伺服数据时的伺服畸变量。附图标记310表示用现有技术的前馈控制校正的伺服畸变量。附图标记320表示用本实施例的前馈控制校正的伺服畸变量。
图4到图7图示了在根据本实施例的读写头定位系统中，根据增益常数G的变化，对控制器200的输入值250随时间变化的模拟结果。
当增益常数G为0.1时，如图4所示，收敛速度相对较低。当增益常数G为0.3时，如图5所示，收敛速度提高了。当增益常数G为0.6时，如图6所示，收敛速度显著提高。但是，当增益常数G为0.8时，如图7所示，收敛速度没有提高，但是在稳态下有些广泛的变化。因此，增益常数G最好在0.3到0.6的范围内。
在使用本实施例的读写头定位系统的自伺服写入方法中，当根据记录在盘上的在前的伺服数据向盘中写入伺服数据时，能够有效地抑制与盘的旋转同步的RRO分量的增加。具体地，可以从控制器200的输入值250中消除RRO分量。
因此，旧伺服数据在盘的径向上的畸变可以抑制RRO(它对后来的伺服数据的畸变有影响)增加。
根据本实施例的读写头定位系统被应用于硬盘驱动器的自伺服写入操作。但是，它也可以应用于例如制造数字通用盘(DVD)母盘(模盘，master)的工艺。
根据上述读写头定位系统，通过反馈FF校正后的RRO来校正校正值，从而有效地抑制RRO增加，从而高效率地校正了伺服数据的畸变。
对于本领域的普通技术人员来说，其它的优点和修改都是容易做到的，因此本发明的范围不限于这里所图示和说明的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离所附权利要求及其等效方案所限定的总体发明构思的实质范围的前提下进行各种改进。

Claims (5)

1.一种读写头定位系统，包括用于将读写头(2)定位到旋转的盘介质(1)上的目标位置的定位单元(210)以及感测读写头相对于目标位置的位置误差的单元(6)，该系统的特征在于包括：
控制器(7，200)，它基于所述位置误差输出所述定位单元(210)的控制操作的量；以及
校正单元(7，220，230，240)，它基于所述控制器的输入值，计算与所述盘介质的旋转同步的位置误差分量，并计算一个用于从所述位置误差中消除该位置误差分量的校正值，并将该校正值加到所述输入值上，
其中，所述控制器执行随动控制，以在反馈控制下消除所述位置误差，所述校正单元配置一个将所述校正值输入到所述控制器的前馈控制系统。
2.如权利要求1所述的读写头定位系统，其特征在于，所述校正单元将所述校正值加到作为所述控制器的输入值的所述位置误差上，从该加法的结果获得所述位置误差分量。
3.如权利要求1所述的读写头定位系统，其特征在于，所述校正单元包括一个与所述读写头定位系统的灵敏度函数的反函数相关的线性滤波器，该线性滤波器从所述控制器的输入值获得位置误差分量作为其输入值，反馈控制系统的灵敏度函数为一个传递函数1/(1+G)，其中G表示所述反馈控制系统的开环传递函数。
4.一种盘驱动器，包括用于对旋转的盘介质读写数据的读写头(2)，该盘驱动器的特征在于包括：
向所述读写头(2)提供要记录到所述盘介质(1)上的伺服数据的单元(9)；
用于将所述读写头定位到盘介质(1)上的目标位置的定位单元(3、4、8)；
感测所述读写头相对于所述目标位置的位置误差的单元(6)；
控制器(7)，用于在向所述盘介质写入伺服数据时根据所述位置误差输出对所述定位单元的控制值，以对形成在所述盘介质上的每一个柱面定位所述读写头；以及
校正单元(7)，其根据对每一个柱面所包括的每一个伺服扇区积分的所述控制器的输入值计算一个与所述盘介质的旋转同步的位置误差分量，以获得一个校正值来从所述位置误差中消除所述位置误差分量，并将该校正值加到所述输入值上，
其中，所述控制器执行随动控制，以在反馈控制下消除所述位置误差，所述校正单元配置一个将所述校正值输入到所述控制器的前馈控制系统。
5.如权利要求4所述的盘驱动器，其特征在于，所述校正单元包括一个与包括所述控制器的读写头定位系统的灵敏度函数的反函数相关的线性滤波器，该线性滤波器从对每一个伺服扇区积分的输入值获得位置误差分量作为其输入值，反馈控制系统的灵敏度函数为一个传递函数1/(1+G)，其中G表示所述反馈控制系统的开环传递函数。
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